基于蠕動泵與低剪切的磁懸浮離心泵的TFF和ATF對細胞灌流的影響對比
相比傳統(tǒng)批量和補料分批培養(yǎng)，灌流培養(yǎng)技術(shù)是增強細胞培養(yǎng)工藝效率，提高重組蛋白，特別是單克隆抗體產(chǎn)品，單位體積產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段，經(jīng)過相當(dāng)一段時間的發(fā)展，已被生物制藥企業(yè)廣為采用。而細胞灌流培養(yǎng)是上游生物工藝“唯一”可實現(xiàn)的連續(xù)技術(shù)，所以隨著連續(xù)工藝的推廣，灌流的使用也是未來的必然路徑。
作為細胞灌流培養(yǎng)工藝的核心，細胞截留設(shè)備的選擇是成功進行灌流操作的關(guān)鍵，市面上有基于細胞沉降、超聲、連續(xù)流離心以及旋轉(zhuǎn)濾器等技術(shù)，雖各具優(yōu)勢，但也在可放大性、可靠性以及操作風(fēng)險方面存在一定缺陷，而基于中空纖維切向流過濾（HF TFF）的細胞灌流技術(shù)已然成為制藥工業(yè)的市場主流。
蠕動泵TFF的問題，膜污染和產(chǎn)物截留的原因
用于細胞灌流培養(yǎng)時，HF TFF有兩種液流形式：傳統(tǒng)的循環(huán)回路方式和今年來廣受歡迎的交替流方式，即Alternating Tangential Flow（ATF）。
傳統(tǒng)TFF一般使用蠕動泵作為液流驅(qū)動方式，液流單向循環(huán)，通常被認為在灌流過程中，容易形成膜污染，導(dǎo)致產(chǎn)物被截留；而ATF采用隔膜泵，液流被往復(fù)“推-拉”，這種技術(shù)假定正/反向的液流形式，可在運行過程中對膜進行反沖，使膜“再生”，從而獲得更好的產(chǎn)物回收。
而Samantha W等研究發(fā)現(xiàn)，在細胞灌流培養(yǎng)中，導(dǎo)致傳統(tǒng)蠕動泵式TFF膜容易污染，產(chǎn)物截留的主要原因，是蠕動泵泵動過程中的“擠壓”方式形成的高剪切所導(dǎo)致的細胞裂解。
他們的實驗平行比較了蠕動泵TFF和ATF，使用孔徑0.2μm的中空纖維組件，進行產(chǎn)mAb的CHO細胞灌流培養(yǎng)，設(shè)置液流流速，使中空纖維內(nèi)的剪切不超過2000S-1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蠕動泵TFF中的細胞生長速度低于ATF，活性下降較ATF快，產(chǎn)物截留也較ATF高。
在對反應(yīng)器中物料顆粒粒徑分布的分析中發(fā)現(xiàn)，采用蠕動泵TFF進行灌流的反應(yīng)器中，100nm粒徑范圍的顆粒隨著灌流的進行，不斷積聚，到第8天，已是ATF的4.5倍。顆粒的這個大小范圍，與0.2μm的孔徑大小接近，很容易造成堵塞，影響產(chǎn)物透過。
在對細胞活性的分析中也發(fā)現(xiàn)，在蠕動泵TFF灌流的反應(yīng)器中，出現(xiàn)了較高水平的細胞死亡，產(chǎn)生的細胞碎片以及釋放的核酸、蛋白質(zhì)和其它細胞性成分很容易堵塞膜孔，并造成膜污染。
事實上，膜污染包括幾種不同的形式：膜表面形成凝膠層，膜孔橋接（搭橋）導(dǎo)致實際孔徑變小以及顆粒“卡”進膜孔導(dǎo)致膜孔堵塞等，往復(fù)推拉式的反沖過程，可以部分去除前兩種污染，但一旦顆粒碎片進入膜孔基層，很難去除只能通過濾出端反沖或更換組件。
磁力離心泵TFF vs.ATF
之后，研究人員將TFF中使用的蠕動泵換成了低剪切的磁懸浮離心泵，與ATF進行一對一的重新評估，培養(yǎng)至目標VCD，開始cell Bleeding，以維持穩(wěn)定的VCD。結(jié)果顯示，磁力泵TFF和ATF可獲得相同的細胞生長曲線，在同一天達到目標VCD，且兩種系統(tǒng)的細胞死亡率和100nm范圍的顆粒都沒有差別，且最終的產(chǎn)物收率也接近，磁力泵TFF為73%，ATF為71%。
磁力泵TFF和ATF比較，低剪切的磁力離心泵可消除TFF和ATF的性能差異，獲得相近結(jié)果，包括A）VCD、B）LDH檢測所得的特異性細胞死亡率、C）活性、D）產(chǎn)物濾過以及E）培養(yǎng)液中100nm粒徑范圍的顆�？倲�(shù)。
結(jié)論
所以，文章的結(jié)論可概括為：
1. 傳統(tǒng)TFF系統(tǒng)用于細胞灌流培養(yǎng)時，產(chǎn)物濾過較差，是因為其使用的蠕動泵所產(chǎn)生的更高的細胞死亡率所導(dǎo)致的，而不在于ATF系統(tǒng)中交替式切向流所謂的更高的清洗作用。
2. 如果細胞死亡率相當(dāng)， TFF系統(tǒng)完全可獲得與ATF系統(tǒng)相似的產(chǎn)物濾過特性。
3. 使用低剪切的磁懸浮離心泵，將是ATF的可行替代。
